JP2016072537A - Semiconductor storage device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体記憶装置及びその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor memory device and a method for manufacturing the same.
半導体記憶装置の大容量化とそれに伴う微細化が進展している。この微細化に伴い、配線やコンタクト等の微細化が必要となっている。コンタクトの中でも、とりわけビット線コンタクト及びソース線コンタクトは、記憶装置の面積への寄与が大きく、より微細化の要求が高まっている。 Increasing capacity and accompanying miniaturization of semiconductor memory devices are progressing. With this miniaturization, it is necessary to miniaturize wiring and contacts. Among the contacts, in particular, the bit line contact and the source line contact greatly contribute to the area of the memory device, and the demand for further miniaturization is increasing.
コンタクトは微細化が進むと、よりパターン形成及び加工の制御が困難となることが知られている。特に、ビット線コンタクトとソース線コンタクトの開口面積は異なっており、エッチング速度の違いが生じ、同時加工が難しいことが知られていた。 It is known that as the contact becomes finer, it becomes more difficult to control pattern formation and processing. In particular, it has been known that the opening areas of the bit line contact and the source line contact are different, resulting in a difference in etching rate, and simultaneous processing is difficult.
本実施形態の課題は、低消費電力な半導体記憶装置及びその製造方法を提供することである。 An object of the present embodiment is to provide a semiconductor memory device with low power consumption and a method for manufacturing the same.
実施形態に係る半導体記憶装置は、周囲よりも低く表面上に凹んで形成された凹部領域を有する半導体基板と、前記半導体基板の上方に形成され、直列に接続した複数のセルトランジスタと、前記凹部領域の前記半導体基板に、底部が接して設けられたソース線コンタクトと、前記ソース線コンタクトの底部よりも高い位置の前記半導体基板に、底部が接して設けられたビット線コンタクトと、前記ソース線コンタクトと前記セルトランジスタの間に接続されたソース線側選択トランジスタと、前記ビット線コンタクトと前記セルトランジスタの間に形成されたビット線側選択トランジスタと、を有する。 A semiconductor memory device according to an embodiment includes a semiconductor substrate having a recessed region formed to be recessed on the surface lower than the periphery, a plurality of cell transistors formed in series above the semiconductor substrate and connected in series, and the recessed portion A source line contact provided in contact with the bottom of the semiconductor substrate, a bit line contact provided in contact with the bottom of the semiconductor substrate at a position higher than the bottom of the source line contact, and the source line A source line side select transistor connected between the contact and the cell transistor; and a bit line side select transistor formed between the bit line contact and the cell transistor.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
なお、以下の説明中、便宜的に半導体基板側に近い方を下側と表現して記載する。 In the following description, for convenience, the side closer to the semiconductor substrate side is expressed as the lower side.
(第1の実施形態)
第1の実施形態として、NAND型フラッシュメモリを例に挙げて説明する。図1は、第1の実施形態に従った半導体記憶装置5の構成を示すブロック図である。
(First embodiment)
As the first embodiment, a NAND flash memory will be described as an example. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of the semiconductor memory device 5 according to the first embodiment.
半導体記憶装置5は、メモリセルアレイ10とそれ以外の部分である周辺回路7を含む。メモリセルアレイ10は、主にデータを記憶する。また、周辺回路7からの入力に応じて、データの読出し書込み等の諸動作を行う。周辺回路7は外部からの入力に応じ、メモリセルアレイ10に必要な電圧を提供し、半導体記憶装置5が機能するための諸動作を行う。
The semiconductor memory device 5 includes a
メモリセルアレイ10には、複数のメモリセルがマトリクス状に配置される。メモリセルは、電気的に書き換え可能なEEPROMセルを有する。メモリセルアレイ10には、メモリセルの電圧を制御するために、複数のビット線、複数のワード線、及びソース線が備えられる。
In the
周辺回路7は、一例として図1に示した通り、ワード線ドライバ15、センスアンプ20、カラムデコーダ25、入出力制御部30、入出力バッファ35、アドレスデコーダ40、コントローラ45、内部電圧発生部50、及びレジスタ55を含む。
As shown in FIG. 1 as an example, the
ワード線ドライバ15は、メモリセルアレイ10に係る複数のワード線に接続されている。ワード線ドライバ15は、アドレスデコーダ40の出力信号に基づいて、データの読出し、書込み、及び消去時等に、ワード線の選択及び駆動を行う。
The
センスアンプ20は、データの読出し時にビット線のデータを検知する。また、データの書込み時に書込みデータに応じた電圧をビット線に印加する。 The sense amplifier 20 detects bit line data when reading data. In addition, a voltage corresponding to the write data is applied to the bit line when writing data.
カラムデコーダ25は、アドレスデコーダ40の出力信号に基づいて、ビット線を選択するためのカラム選択信号を生成し、このカラム選択信号をセンスアンプ20に送る。
The
入出力制御部30は、外部から供給される各種コマンドCMD,アドレス信号ADD,及びデータDT(書込みデータ含む)を受ける。
The input /
具体的には、データの書込み時に、書込みデータは、入出力制御部30及び入出力バッファ35を介してセンスアンプ20に送られる。また、データの読み出し時に、センスアンプ20に読みだされた読み出しデータは、入出力バッファ35を介して入出力制御部30に送られる。そして、読出しデータは、入出力制御部30を介して外部HM(例えば、メモリコントローラ、または、ホスト)に出力される。
Specifically, at the time of data writing, the write data is sent to the
入出力制御部30から入出力バッファ35に送られたアドレス信号ADDは、アドレスデコーダ40に送られる。アドレスデコーダ40は、アドレス信号ADDをデコードし、ロウアドレスをワード線ドライバ15に送り、カラムアドレスをカラムデコーダ25に送る。
The address signal ADD sent from the input /
入出力制御部30から入出力バッファ35に送られたコマンドCMDは,コントローラ45に送られる。
The command CMD sent from the input /
コントローラ45は、外部HMから、チップイネーブル信号/CE、書込みイネーブル信号/WE,読出しイネーブル信号/RE、アドレスラッチイネーブル信号ALE、コマンドラッチイネーブル信号CLE等の外部制御信号が供給される。
The
コントローラ45は、動作モードに応じて供給される外部制御信号及びコマンドCMDに基づいて、データの書込み及び消去のシーケンスを制御する制御信号、及びデータの読出しを制御する制御信号を発生する。この制御信号は、ワード線ドライバ15、センスアンプ20、及び内部電圧発生部50等に送られる。45は、この制御信号を用いて、半導体記憶装置5の各種動作を統括的に制御する。
The
コントローラ45は、半導体記憶装置5内に必ずしも配置しなくても構わない。すなわち、半導体記憶装置5とは別の半導体装置に配置されていても良いし、外部HM内に配置されていても良い。
The
内部電圧発生部50は、コントローラ45から送られる各種制御信号に応じて、読出し電圧、書込み電圧、ベリファイ電圧、及び消去電圧等、メモリセルアレイ10、ワード線ドライバ15、及びセンスアンプ20の各種動作に必要な電圧を発生する。
The
レジスタ55は、入出力制御部30、及びコントローラ45に接続され、テスト工程で決定されたチップの品質に適したパラメータを記憶する。
The
図2は、図1に示した第1の実施形態に係る半導体記憶装置5の模式的な平面図を示したものである。 FIG. 2 is a schematic plan view of the semiconductor memory device 5 according to the first embodiment shown in FIG.
半導体記憶装置5の内部には、2つのメモリセルアレイ10が設けられている。メモリセルアレイ10の領域以外には、周辺回路7が形成されている。
Two
周辺回路7として、メモリセルアレイ10に接するように、ワード線ドライバ15、センスアンプ20及びカラムデコーダ25が設けられる。また、そのほかの領域には、図1で説明した、入出力制御部30、入出力バッファ35、アドレスデコーダ40、コントローラ45、内部電圧発生部50、及びレジスタ55等が形成される。
As the
これらの周辺回路には動作電圧が異なる2種類以上のトランジスタを含む。便宜的に、動作電圧が低いトランジスタを低電圧トランジスタ、動作電圧が高いトランジスタを高電圧トランジスタと呼ぶ。低電圧トランジスタと高電圧トランジスタはその動作電圧の違いからゲート絶縁膜の膜厚が異なる。 These peripheral circuits include two or more types of transistors having different operating voltages. For convenience, a transistor with a low operating voltage is called a low voltage transistor, and a transistor with a high operating voltage is called a high voltage transistor. The film thickness of the gate insulating film differs between the low voltage transistor and the high voltage transistor due to the difference in operating voltage.
図3に、NAND型フラッシュメモリの構成の一例を示す。図3は、NAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイ10の一部を模式的に示す回路図を示している。
FIG. 3 shows an example of the configuration of the NAND flash memory. FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing a part of the
図3において、BL1〜BL5はビット線、WL(1)〜WL(n)はワード線(コントロールゲート)、DWL(1)及びDWL(2)はダミーワード線、SGB(1)及びSGB(2)はビット線側の選択トランジスタの選択ゲート線、SGS(1)及びSGS(2)はソース線側の選択トランジスタの選択ゲート線、SLはソース線を示す。MC(1)〜MC(n)はメモリセル(メモリセルトランジスタともいう)、DMC(1)及びDMC(2)はダミーメモリセル(ダミーメモリセルトランジスタともいう)、SB(1)及びSB(2)はビット線側選択トランジスタ、SS(1)及びSS(2)はソース線側選択トランジスタ、CBはビット線コンタクト、SLCはソース線コンタクトを指す。 In FIG. 3, BL1 to BL5 are bit lines, WL (1) to WL (n) are word lines (control gates), DWL (1) and DWL (2) are dummy word lines, SGB (1) and SGB (2 ) Denotes a selection gate line of the selection transistor on the bit line side, SGS (1) and SGS (2) denote selection gate lines of the selection transistor on the source line side, and SL denotes a source line. MC (1) to MC (n) are memory cells (also referred to as memory cell transistors), DMC (1) and DMC (2) are dummy memory cells (also referred to as dummy memory cell transistors), SB (1) and SB (2 ) Indicates a bit line side select transistor, SS (1) and SS (2) indicate source line side select transistors, CB indicates a bit line contact, and SLC indicates a source line contact.
なお、区別を要さない場合は、メモリセルMC,ダミーメモリセルDMC,ビット線側選択トランジスタSB,ソース線側選択トランジスタSS,ビット線BL,ワード線WL、選択ゲート線SGB,選択ゲート線SGSと呼ぶ。また、ダミーメモリセルトランジスタDMCとメモリセルトランジスタMCを総称して、セルトランジスタと呼称する。さらに、ビット線側選択トランジスタSB及びソース線側選択トランジスタSSを総称して、選択トランジスタと呼称する。 In the case where distinction is not necessary, the memory cell MC, the dummy memory cell DMC, the bit line side selection transistor SB, the source line side selection transistor SS, the bit line BL, the word line WL, the selection gate line SGB, and the selection gate line SGS. Call it. The dummy memory cell transistor DMC and the memory cell transistor MC are collectively referred to as cell transistors. Further, the bit line side select transistor SB and the source line side select transistor SS are collectively referred to as a select transistor.
図3に示すように、メモリセルアレイ10は、複数のNANDストリングNSを備える。
As shown in FIG. 3, the
各NANDストリングNSは、例えば、m個の直列接続されたメモリセルMC(1)〜MC(n)と、その両端にそれぞれ接続された2個のダミーメモリセルDMC(1)及びDMC(2)と、さらにその両端にそれぞれ接続されたビット線側選択トランジスタSB(1)及びソース線側選択トランジスタSS(1)とを備える。 Each NAND string NS includes, for example, m memory cells MC (1) to MC (n) connected in series, and two dummy memory cells DMC (1) and DMC (2) respectively connected to both ends thereof. And a bit line side select transistor SB (1) and a source line side select transistor SS (1) respectively connected to both ends thereof.
ビット線側選択トランジスタSB(1)の他端は、他のNANDストリングNSに係るビット線側選択トランジスタSB(2)の一端に接続するとともに、ビット線コンタクトCBを介してビット線BLに接続する。ソース線側選択トランジスタSS(1)の他端は、他のNANDストリングNSに係るソース線側選択トランジスタSS(2)の一端に接続するとともに、ソース線コンタクトSLCを介してソース線SLに接続する。 The other end of the bit line side select transistor SB (1) is connected to one end of the bit line side select transistor SB (2) related to another NAND string NS and also connected to the bit line BL via the bit line contact CB. . The other end of the source line side select transistor SS (1) is connected to one end of the source line side select transistor SS (2) related to another NAND string NS and also connected to the source line SL via the source line contact SLC. .
メモリセルMCは、半導体基板(ウェル)上にゲート絶縁膜を介在して形成された電荷蓄積膜(例えば、フローティングゲート電極、トラップを有する絶縁膜が考えられる。又はこれらを積層した膜であってもよい。)と、電荷蓄積膜上にゲート間絶縁膜を介在して形成された制御ゲート電極とを備える。メモリセルMCは、電荷蓄積膜に注入された電子の多寡による閾値電圧の変化に応じて、例えば1つのメモリセルMCに1.5ビット(3値以上)のデータを記憶することが可能である。 The memory cell MC may be a charge storage film (for example, a floating gate electrode or an insulating film having a trap) formed on a semiconductor substrate (well) with a gate insulating film interposed therebetween, or a film in which these are stacked. And a control gate electrode formed on the charge storage film with an inter-gate insulating film interposed therebetween. The memory cell MC can store, for example, 1.5 bits (three or more values) of data in one memory cell MC in accordance with a change in threshold voltage due to the amount of electrons injected into the charge storage film. .
ダミーメモリセルDMCは、メモリセルMCと同じ膜を備えている。ただし、半導体記憶装置5のユーザーからのデータを必ずしも保存しなくともよい。 The dummy memory cell DMC includes the same film as the memory cell MC. However, the data from the user of the semiconductor memory device 5 need not necessarily be saved.
ビット線側選択トランジスタSB及びソース線側選択トランジスタSSは、NANDストリングNSの選択・非選択を制御する。 The bit line side selection transistor SB and the source line side selection transistor SS control selection / non-selection of the NAND string NS.
図4は、図3に示したNAND型フラッシュメモリのメモリセルアレイの平面図を模式的に示している。なお、以下の説明においては、ビット線の延伸方向をカラム方向、ワード線の延伸方向をロウ方向と呼称する。 FIG. 4 schematically shows a plan view of the memory cell array of the NAND flash memory shown in FIG. In the following description, the extending direction of the bit line is referred to as the column direction, and the extending direction of the word line is referred to as the row direction.
図4に示すように、カラム方向に延伸した複数のアクティブエリアAAが形成される。アクティブエリアAAは相互に素子分離領域STIによって分離されて設けられる。 As shown in FIG. 4, a plurality of active areas AA extending in the column direction are formed. The active areas AA are provided separated from each other by the element isolation region STI.
ワード線WL(1)〜WL(n)、ダミーワード線DWL(1)及びDWL(2)、選択ゲート線SGB(1)、SGB(2)、SGS(1)、及びSGS(2)は、アクティブエリアAAと略直交するようにロウ方向に延伸して形成される。アクティブエリアAAとワード線WL(1)〜WL(n)の交点には、メモリセルMC(1)〜MC(n)が形成される。同様にダミーワード線DWL(1)及びDWL(2)との交点には、ダミーメモリセルDMC(1)及びDMC(2)が形成される。選択ゲート線SGB(1)及びSGB(2)との交点には、ビット線側選択トランジスタSB(1)及びSB(2)が形成される。選択ゲート線SGS(1)及びSGS(2)との交点には、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)が形成される。 Word lines WL (1) to WL (n), dummy word lines DWL (1) and DWL (2), select gate lines SGB (1), SGB (2), SGS (1), and SGS (2) are It is formed by extending in the row direction so as to be substantially orthogonal to the active area AA. Memory cells MC (1) to MC (n) are formed at the intersections of the active area AA and the word lines WL (1) to WL (n). Similarly, dummy memory cells DMC (1) and DMC (2) are formed at the intersections with the dummy word lines DWL (1) and DWL (2). Bit line side select transistors SB (1) and SB (2) are formed at the intersections with the select gate lines SGB (1) and SGB (2). Source line side select transistors SS (1) and SS (2) are formed at the intersections with the select gate lines SGS (1) and SGS (2).
ソース線SLは、アクティブエリアAAと略直交するようにロウ方向に延伸して形成される。ソース線SLは、ソース線コンタクトSLCを介してアクティブエリアAAと接続する。ソース線コンタクトSLCは、図4に示すようにロウ方向にアクティブエリアを横切って、ライン状に形成される。 The source line SL is formed by extending in the row direction so as to be substantially orthogonal to the active area AA. Source line SL is connected to active area AA via source line contact SLC. The source line contact SLC is formed in a line shape across the active area in the row direction as shown in FIG.
ビット線コンタクトCBは、各ビット線(図示しない)と各アクティブエリアAAを接続する。そのため、ソース線コンタクトSLCと異なり、各アクティブエリア毎にプラグ状に形成される。 The bit line contact CB connects each bit line (not shown) and each active area AA. Therefore, unlike the source line contact SLC, each active area is formed in a plug shape.
すなわち、図4から明らかなように、ソース線コンタクトSLCはビット線コンタクトCBよりも平面視での面積が大きくなる。 That is, as apparent from FIG. 4, the source line contact SLC has a larger area in plan view than the bit line contact CB.
図5は、本実施形態の半導体記憶装置の断面図を模式的に示している。図5(a)は、図4のA−A’線に沿う断面図を模式的に示している。なお、図5(a)は、説明の都合上図4よりも一部を省略して記載してある。 FIG. 5 schematically shows a cross-sectional view of the semiconductor memory device of this embodiment. FIG. 5A schematically shows a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. 4. 5A is omitted from FIG. 4 for convenience of explanation.
図5(b)は、低電圧トランジスタの断面図を模式的に示している。図5(c)は、高電圧トランジスタの断面図を模式的に示している。低電圧トランジスタ及び高電圧トランジスタは、図2で図示した周辺回路7に形成された任意のトランジスタである。
FIG. 5B schematically shows a cross-sectional view of the low-voltage transistor. FIG. 5C schematically shows a cross-sectional view of the high-voltage transistor. The low voltage transistor and the high voltage transistor are arbitrary transistors formed in the
まず、図5(a)を用いて、メモリセルアレイ領域について、説明する。なお、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びソース線側選択トランジスタSS(2)の間に設けられている凹部105については、後述する。
First, the memory cell array region will be described with reference to FIG. The
図5(a)に示すように、半導体基板100上には、メモリセルMC(1)(図示せず)〜MC(n)が並んで形成される。メモリセルMC(1)〜メモリセルMC(n)の両側には、それぞれダミーメモリセルDMC(1)及びDMC(2)が形成される。さらにその両側にはビット線側選択トランジスタSB(1)とソース線側選択トランジスタSS(1)が形成される。
As shown in FIG. 5A, on the
別の言い換えれば、メモリセルMC(1)〜MC(n)は、ダミーメモリセルDMC(1)とDMC(2)の間に設けられる。ダミーメモリセルDMC(1)は、メモリセルMC(1)とビット線側選択トランジスタSB(1)との間に設けられる。ダミーメモリセルDMC(2)は、メモリセルMC(n)とソース線側選択トランジスタSS(1)との間に設けられる。 In other words, the memory cells MC (1) to MC (n) are provided between the dummy memory cells DMC (1) and DMC (2). The dummy memory cell DMC (1) is provided between the memory cell MC (1) and the bit line side select transistor SB (1). The dummy memory cell DMC (2) is provided between the memory cell MC (n) and the source line side select transistor SS (1).
これらのメモリセルMC(1)〜MC(n)、ダミーメモリセルDMC(1)及びDMC(2)、並びに、ビット線側選択トランジスタSB(1)及びソース線側選択トランジスタSS(1)の間のソース/ドレイン領域には第一不純物拡散層230が形成される。この第一不純物拡散層230を介して、それぞれのソース/ドレイン領域は接続する。
Between these memory cells MC (1) to MC (n), dummy memory cells DMC (1) and DMC (2), and bit line side select transistor SB (1) and source line side select transistor SS (1) A first
ビット線側選択トランジスタSB(1)のソース領域は、ダミーメモリセルDMC(1)のソース領域に接続する。ビット線側選択トランジスタSB(1)のドレイン領域は、ビット線側選択トランジスタSB(2)のドレイン領域に接続するとともに、ビット線コンタクトCBに接続する。 The source region of the bit line side select transistor SB (1) is connected to the source region of the dummy memory cell DMC (1). The drain region of the bit line side select transistor SB (1) is connected to the drain region of the bit line side select transistor SB (2) and to the bit line contact CB.
ビット線コンタクトCBは、上層にて第一配線コンタクト333を介し、ビット線(図示しない)に接続する。
The bit line contact CB is connected to a bit line (not shown) via the
ソース線側選択トランジスタSS(1)のドレイン領域の何れかは、前述のとおり、ダミーメモリセルDMC(2)のソース領域に接続する。ソース線側選択トランジスタSS(1)のソース領域は、ソース線側選択トランジスタSS(2)のソース領域に接続するとともに、ソース線コンタクトSLCに接続する。 One of the drain regions of the source line side select transistor SS (1) is connected to the source region of the dummy memory cell DMC (2) as described above. The source region of the source line side select transistor SS (1) is connected to the source region of the source line side select transistor SS (2) and to the source line contact SLC.
ソース線コンタクトSLCは、第一配線(ソース線)335に接続する。 The source line contact SLC is connected to the first wiring (source line) 335.
続いて、各要素のより詳細な構造について説明する。 Next, a more detailed structure of each element will be described.
メモリセルMC(1)〜MC(n)、ダミーメモリセルDMC(1)及びDMC(2)、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)、ビット線側選択トランジスタSB(1)及びSB(2)のゲート絶縁膜及びゲート電極は、同じ膜を含む構造を有する。 Memory cells MC (1) to MC (n), dummy memory cells DMC (1) and DMC (2), source line side select transistors SS (1) and SS (2), bit line side select transistors SB (1) and The gate insulating film and the gate electrode of SB (2) have a structure including the same film.
これらのトランジスタは、第二ゲート絶縁膜130、第一メモリゲート絶縁膜160、電荷蓄積膜170、第二メモリゲート絶縁膜180、導電膜210を有する。これらのトランジスタのゲート電極上には、カバー膜220、絶縁膜240、ストッパー膜280を備える。
These transistors include a second
一例として、例えば第二ゲート絶縁膜130はシリコン酸化膜、第一メモリゲート絶縁膜160はシリコン酸化膜、電荷蓄積膜170はシリコン膜、第二メモリゲート絶縁膜180はハフニウム酸化膜とシリコン酸化膜の積層、導電膜210はタングステン、カバー膜220はシリコン窒化膜、絶縁膜240はシリコン酸化膜、ストッパー膜280はシリコン窒化膜を用いる。
As an example, for example, the second
ビット線側選択トランジスタSBのビット線コンタクトCB側の側壁及びソース線側選択トランジスタSSのソース線コンタクトSLC側の側壁には、スペーサー270及びストッパー膜280が形成される。
A
ビット線側選択トランジスタSB及びソース線側選択トランジスタSSとダミーメモリセルDMCとの間、ダミーメモリセルDMCとメモリセルMCとの間並びにメモリセルMC同士の間には、それぞれギャップ245が形成される。
ビット線コンタクトCB及びソース線コンタクトSLCは、例えば金属膜とバリアメタル膜を有する。金属膜は、タングステン、アルミニウム、銅などの導電性の金属を用いる。バリアメタル膜は、チタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル又はこれらの積層膜を用いる。また、金属膜とバリアメタル膜に加えてシリコン膜を用いても良い。 The bit line contact CB and the source line contact SLC have, for example, a metal film and a barrier metal film. As the metal film, a conductive metal such as tungsten, aluminum, or copper is used. As the barrier metal film, titanium, tantalum, titanium nitride, tantalum nitride, or a laminated film thereof is used. In addition to the metal film and the barrier metal film, a silicon film may be used.
次に、図5(b)及び図5(c)を用いて、低電圧トランジスタ及び高電圧トランジスタについて説明する。 Next, the low voltage transistor and the high voltage transistor will be described with reference to FIGS. 5B and 5C.
半導体基板100上に、素子分離領域STIが設けられる。
An element isolation region STI is provided on the
また、低電圧トランジスタにおいては、半導体基板100上に、第二ゲート絶縁膜130が設けられ、その上にゲート電極GCが設けられる。他方、高電圧トランジスタにおいては、半導体基板100上に第一ゲート絶縁膜120と第二ゲート絶縁膜130が設けられ、その上にゲート電極GCが設けられる。すなわち、低電圧トランジスタと高電圧トランジスタでゲート絶縁膜の構成は異なる。第一ゲート絶縁膜120及び第二ゲート絶縁膜は、例えばシリコン酸化膜である。
In the low voltage transistor, the second
ゲート電極GCの直下領域を挟むように半導体基板100上には、第二不純物拡散層260が形成される。
A second
低電圧トランジスタ及び高電圧トランジスタのゲート電極GCは、何れのゲート電極GCも、例えば、周辺ゲート電極膜140と導電膜210を有する。このゲート電極上には、カバー膜220、絶縁膜240、ストッパー膜280を備える。これらのトランジスタのゲート電極の側壁にはスペーサー270及び、ストッパー膜280を備える。
Each of the gate electrodes GC of the low voltage transistor and the high voltage transistor includes, for example, a peripheral
続いて、図5(a)〜図5(c)を用いて、凹部105と各領域における半導体基板100の上面の高さについて説明する。なお、以下の説明において、便宜上、メモリセルMCが形成されている領域の半導体基板100の表面の高さを基準として説明する。すなわち、例えば、メモリセルMC(1)が形成されている領域の半導体基板100の表面の高さよりも、より高い位置に半導体基板100の表面がある時を「高い」と呼び、より低い位置に半導体基板100の表面がある時を「低い」又は「深い」と呼ぶ。
Subsequently, the height of the upper surface of the
図5(a)に示される通り、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)が形成されている領域の一部、及びソース線側選択トランジスタSS(1)とソース線側選択トランジスタSS(2)の間の領域において、半導体基板100は周囲よりも低く表面上に凹んで形成された凹部105を有する。この凹部105の深さをb1とする。
As shown in FIG. 5A, part of the region where the source line side select transistors SS (1) and SS (2) are formed, and the source line side select transistor SS (1) and the source line side select transistor In the region between SS (2), the
この半導体基板100が凹部105を有するため、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)は、図5(a)に示した通り、屈曲した形状に形成される。すなわち、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)に係るゲート電極、ゲート絶縁膜、チャネル領域は屈曲した形状に形成される。
Since the
屈曲していることにより、ソース線側選択トランジスタSSのチャネル領域の長さは、ビット線側選択トランジスタSBのように平らに形成した場合に比べて、長くなる。すなわち、ソース線側選択トランジスタSSは、より制御性が良くなる。 Due to the bending, the length of the channel region of the source line side select transistor SS becomes longer than that when the source line side select transistor SS is formed flat like the bit line side select transistor SB. That is, the controllability of the source line side select transistor SS is improved.
なお、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)に係るスペーサー270の間では、さらに半導体基板100は低くなる。この深さをb1+b2とする。
Note that the
続いて、図5(b)の低電圧トランジスタが形成される領域について説明する。 Next, a region where the low voltage transistor of FIG. 5B is formed will be described.
低電圧トランジスタのゲート電極GC下の半導体基板100も低く形成されており、この深さをb3とする。
The
ここで、製造方法で後述する通り、b3とb1は同じRIEのエッチング工程により生じているため、略同一になる。ただし、それぞれの領域で、半導体基板100上に形成される膜が異なり、それにより半導体基板100からの半導体基板100を構成する元素の拡散が異なることにより、数nm程度の差が生じることがある。
Here, as described later in the manufacturing method, b3 and b1 are substantially the same because they are generated by the same RIE etching process. However, in each region, a film formed on the
続いて、図5(c)の高電圧トランジスタが形成される領域について説明する。高電圧トランジスタのゲート電極GC下の半導体基板100も低く形成されており、この深さをb4とする。
Subsequently, a region where the high voltage transistor of FIG. 5C is formed will be described. The
以下、本実施形態に係る半導体記憶装置の製造方法について、図6乃至図29を参照しながら説明する。なお、図6乃至図29の図面において、図(a)は図4のA−A’ 線に沿う(カラム方向)断面、図(b)は周辺回路部の低電圧トランジスタの断面、図(c)は周辺回路部の高電圧トランジスタの断面を、それぞれ示す。便宜のため、以下、それぞれメモリセル領域、低電圧トランジスタ領域、高電圧トランジスタ領域と呼称する。また、図6乃至図29の図面は、説明の便宜上図5と縦横比が異なる。 Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor memory device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 6A to 29B, FIG. 6A is a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 4 (column direction), FIG. 5B is a cross section of the low-voltage transistor in the peripheral circuit portion, and FIG. ) Shows a cross section of the high voltage transistor in the peripheral circuit section. For convenience, they are hereinafter referred to as a memory cell region, a low voltage transistor region, and a high voltage transistor region, respectively. 6 to 29 are different from FIG. 5 in aspect ratio for convenience of explanation.
初めに、図6に半導体基板100の状態を示す。メモリセル領域、低電圧トランジスタ領域、高電圧トランジスタ領域のいずれも半導体基板100の高さは等しい。
First, FIG. 6 shows the state of the
そして、図7に示すように、半導体基板100上に、図示しないマスクパターンを形成し、RIEにより、高電圧トランジスタ領域をエッチング加工する。このエッチング加工する深さをd1とする。
Then, as shown in FIG. 7, a mask pattern (not shown) is formed on the
そして、図8に示すように、半導体基板100上に、図示しないマスクパターンを形成し、RIEにより、エッチング加工する。このエッチング加工により、高電圧トランジスタ領域、低電圧トランジスタ領域が加工され、メモリセル領域において凹部105が形成される。このエッチング加工する深さをd2とする。
Then, as shown in FIG. 8, a mask pattern (not shown) is formed on the
この後、図示しない犠牲酸化膜を形成し、不純物をインプランテーション法により注入することで、P型及びN型ウェル(図示せず)を形成する。 Thereafter, a sacrificial oxide film (not shown) is formed, and impurities are implanted by an implantation method, thereby forming P-type and N-type wells (not shown).
そして、図9に示すように、犠牲酸化膜110を剥離した後、第一ゲート絶縁膜120を形成する。第一ゲート絶縁膜120は、例えばシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜等を用いる。
Then, as shown in FIG. 9, after the sacrificial oxide film 110 is removed, a first
そして、図10に示すように、図示しないマスクパターンを形成した後、フッ酸などの薬液により、高電圧トランジスタ領域以外の第一ゲート絶縁膜120をエッチング加工する。
Then, as shown in FIG. 10, after forming a mask pattern (not shown), the first
そして、図11に示すように、半導体基板100及び第一ゲート絶縁膜120上に、第二ゲート絶縁膜130を形成する。第二ゲート絶縁膜130は、例えばシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜等を用いる。
Then, as shown in FIG. 11, a second
これにより、高電圧トランジスタ領域には、第一ゲート絶縁膜120と第二ゲート絶縁膜130が形成される。他方、低電圧トランジスタ領域及びメモリセル領域には、第二ゲート絶縁膜130が形成される。
Thereby, the first
なお、低電圧トランジスタ領域及び高電圧トランジスタ領域における第二ゲート絶縁膜130の上端の高さは、略同一である方が望ましい。この高さを揃えるのは、例えば、エッチングの深さであるd1と、第一ゲート絶縁膜120の厚さを調整することで実現される。
Note that it is desirable that the height of the upper end of the second
そして、図12に示すように、第二ゲート絶縁膜130上に周辺ゲート電極膜140及び周辺カバー膜150を形成する。周辺ゲート電極膜140は、例えば多結晶シリコンを用いる。周辺カバー膜150は、例えばシリコン窒化膜を用いる。
Then, as shown in FIG. 12, the peripheral
そして、図13に示すように、図示しないマスクパターンを形成し、RIEにより、低電圧及び高電圧トランジスタ領域の周辺カバー膜150、周辺ゲート電極膜140をエッチング加工する。この加工により、図13(a)に示すように、メモリセル領域の周辺カバー膜150及び周辺ゲート電極膜140が除去される。なお、メモリセルMCが形成される領域の第二ゲート絶縁膜130はエッチングにより除去されても良い。
Then, as shown in FIG. 13, a mask pattern (not shown) is formed, and the
そして、図14に示すように、第一メモリゲート絶縁膜160を形成する。第一メモリゲート絶縁膜160は、例えばシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、ハフニウム酸化膜、ハフニウム窒化膜、ハフニウム酸窒化膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、アルミニウム酸窒化膜又はこれらの積層膜等を用いる。
Then, as shown in FIG. 14, a first memory
そして、図15に示すように、第一メモリゲート絶縁膜160上に電荷蓄積膜170、第二メモリゲート絶縁膜180、セルアレイカバー膜190を形成する。電荷蓄積膜170は、例えばシリコン膜、シリコン窒化膜等を用いる。
Then, as shown in FIG. 15, a
第二メモリゲート絶縁膜180は、例えばシリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、シリコン窒化膜、ハフニウム酸化膜、ハフニウム窒化膜、ハフニウム酸窒化膜、アルミニウム酸化膜、アルミニウム窒化膜、アルミニウム酸窒化膜又はこれらの積層膜等を用いる。また、第二メモリゲート絶縁膜180は、その他の金属元素を含んでも良い。セルアレイカバー膜190は、例えばシリコン窒化膜を用いる。
The second memory
ここで、メモリセル領域の第二メモリゲート絶縁膜180の上端と、低電圧及び高電圧トランジスタ領域の周辺ゲート電極膜140の上端とが略同一の高さで形成される方が望ましい。この高さを揃えるのは、例えば、エッチングの深さであるd2と、周辺ゲート電極膜140の厚さを調整することで実現できる。
Here, it is preferable that the upper end of the second memory
そして、図16に示すように、所望のマスクパターンを形成し、RIEにより、メモリセル領域以外のセルアレイカバー膜190、第二メモリゲート絶縁膜180、電荷蓄積膜170、第一メモリゲート絶縁膜160をエッチング加工する。この加工により、低電圧及び高電圧トランジスタ領域のセルアレイカバー膜190、第二メモリゲート絶縁膜180、電荷蓄積膜170、第一メモリゲート絶縁膜160が除去される。
Then, as shown in FIG. 16, a desired mask pattern is formed, and the cell
ここで、低電圧及び高電圧トランジスタ領域の周辺カバー膜150と、メモリセル領域のセルアレイカバー膜190の上端の高さが略同一であるのが望ましい。これは、例えば、上述のエッチング加工、周辺カバー膜150の膜厚、セルアレイカバー膜190の膜厚を調整することにより実現される。
Here, it is desirable that the heights of the upper ends of the
そして、図17に示すように、素子分離領域STIを形成する。 Then, as shown in FIG. 17, an element isolation region STI is formed.
周辺カバー膜150及びセルアレイカバー膜190上に、リソグラフィー法によりマスクパターンを形成する。そのマスクパターンをマスク材として、RIEにより、半導体基板100を所定の深さまでエッチング加工する。その後、素子分離膜200を成膜する。周辺カバー膜150及びセルアレイカバー膜190をストッパーとしたCMP(Chemical Mechanical Polishing)による平坦化により、余分な素子分離膜200を除去し平坦化を行う。これにより、素子分離領域STIが形成される。
A mask pattern is formed on the
この素子分離領域STIは、メモリセル領域では図4に前述したカラム方向に平行なストライプ状に形成される。また、低電圧及び高電圧トランジスタ領域には、図17に示すように、素子分離領域STIが形成される。 The element isolation region STI is formed in a stripe shape parallel to the column direction described above with reference to FIG. 4 in the memory cell region. Further, as shown in FIG. 17, an element isolation region STI is formed in the low voltage and high voltage transistor regions.
そして、図18に示すように、RIEによる選択エッチング加工により、素子分離膜200を所定の深さまでエッチング加工する。なお、図18に示したように、メモリセル領域に形成された凹部105内の素子分離膜200は除去したほうが望ましい。
Then, as shown in FIG. 18, the
そして、図19に示すように、周辺カバー膜150及びセルアレイカバー膜190を例えば熱リン酸を用いて除去する。その後に、導電膜210を成膜する。なお、必要な場合には、CMPによる平坦化を行っても良い。
Then, as shown in FIG. 19, the
導電膜210は、例えばシリコン、チタン、窒化チタン、タングステン、窒化タングステン、又はこれらの積層膜を用いる。
For the
そして、図20に示すように、導電膜210上にカバー膜220を形成する。カバー膜220は、例えばシリコン窒化膜である。
Then, as shown in FIG. 20, a
そして、トランジスタのゲート電極の加工を行う。ここでは、一例として、メモリセルMC、選択トランジスタ、周辺回路トランジスタを別々に加工する方法で説明する。 Then, the gate electrode of the transistor is processed. Here, as an example, a method of separately processing the memory cell MC, the selection transistor, and the peripheral circuit transistor will be described.
まず、図21に示すように、メモリセルMCの加工を行う。 First, as shown in FIG. 21, the memory cell MC is processed.
カバー膜220上にリソグラフィー法等によりマスクパターンを形成する。このマスクパターンをマスクにして、RIEにより、エッチング加工する。この加工により、カバー膜220、導電膜210、第二メモリゲート絶縁膜180、電荷蓄積膜170、第一メモリゲート絶縁膜160がエッチング加工される。その後に、不純物元素をインプランテーション法により注入し、第一不純物拡散層230を形成する。
A mask pattern is formed on the
なお、上記のエッチング加工時に、第二ゲート絶縁膜130がエッチング加工されても良い。また、必要に応じて、カバー膜220上にマスク材料を形成し、マスク材料上にマスクパターンを形成しても良い。この場合は、マスク材料はエッチング加工時に無くなっても良いし、残っても構わない。
Note that the second
なお、不純物元素の注入時には、リソグラフィー法等によりマスクを予め形成し、不純物元素を領域毎に分けても良い。図21では、区別せずに第一不純物拡散層230として図示する。
Note that when the impurity element is implanted, a mask may be formed in advance by a lithography method or the like, and the impurity element may be divided into regions. In FIG. 21, the first
そして、図22に示すように、カバー膜220上に、カバレッジの悪い絶縁膜240を形成し、ギャップ245を形成する。絶縁膜240は、例えば、スパッタ法やPECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition)法で、カバレッジが悪い成膜条件により、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を成膜する。なお、後述する周辺回路部のトランジスタ及び選択トランジスタの加工時のマスク材として絶縁膜240上にマスク材を成膜しても構わない。
Then, as shown in FIG. 22, an insulating
そして、図23に示すように、低電圧及び高電圧トランジスタの加工を行う。絶縁膜240上にリソグラフィー法を用いて、マスクパターンを形成する。このマスクパターンをマスクにして、絶縁膜240、カバー膜220、導電膜210、周辺ゲート電極膜140をRIEにより、エッチング加工する。なお、第二ゲート絶縁膜130及び第一ゲート絶縁膜120が加工されても構わない。また、不純物元素をインプランテーション法により、注入しても良い。
Then, as shown in FIG. 23, low voltage and high voltage transistors are processed. A mask pattern is formed on the insulating
そして、図24に示すように、選択トランジスタの加工を行う。 Then, as shown in FIG. 24, the selection transistor is processed.
リソグラフィー法を用いて、マスクパターンを形成する。このマスクパターンをマスクにして、絶縁膜240、カバー膜220、導電膜210、第二メモリゲート絶縁膜180、電荷蓄積膜170、第一メモリゲート絶縁膜160をRIEにより、エッチング加工する。なお、第二ゲート絶縁膜130が加工されても構わない。また、加工後に、不純物元素をインプランテーション法により、注入しても良い。
A mask pattern is formed using a lithography method. Using this mask pattern as a mask, the insulating
この選択トランジスタの加工は、図24に示される通り、ソース線側選択トランジスタSS間の加工は、ビット線側選択トランジスタSB間よりも深く加工される必要がある。このエッチング加工は、例えば、導電膜210と第二メモリゲート絶縁膜180の間に選択比が取れる条件によるエッチングをエッチング途中に行うことで実現できる。
As shown in FIG. 24, this selection transistor needs to be processed deeper between the source line side selection transistors SS than between the bit line side selection transistors SB. This etching process can be realized, for example, by performing etching in the middle of the etching under conditions that allow a selection ratio between the
つまり、ビット線側選択トランジスタSB間のエッチング加工が第二メモリゲート絶縁膜180に到達した時点で、ビット線側選択トランジスタSB間のエッチング速度が遅くなり、ソース線側選択トランジスタSS間の加工のみを進めることができる。そして、ソース線側選択トランジスタSS間のエッチング加工が第二メモリゲート絶縁膜180に到達した後に、第二メモリゲート絶縁膜180のエッチング速度が速い条件に切り替えればよい。
That is, when the etching process between the bit line side selection transistors SB reaches the second memory
そして、図25に示すように、スペーサー膜を成膜した後、RIEによりエッチバック加工し、スペーサー(サイドウォール)270を形成する。さらに、不純物元素をインプランテーション法により注入することで、第二不純物拡散層260を形成する。
Then, as shown in FIG. 25, a spacer film is formed, and then etched back by RIE to form spacers (sidewalls) 270. Further, the second
なお、エッチバック加工により、図25に示すように、ビット線側選択トランジスタSB(1)のスペーサー270とビット線側選択トランジスタSB(2)のスペーサー270との間の領域、ソース線側選択トランジスタSS(1)のスペーサー270とソース線側選択トランジスタSS(2)のスペーサー270との間の領域、及び低電圧トランジスタ領域では、半導体基板100がエッチングされる。他方、高電圧トランジスタ領域では、第二ゲート絶縁膜130及び第一ゲート絶縁膜120がエッチングされる。このエッチング加工により、凹部105は、より深い領域(第一領域)と、第一領域より浅い第二領域を有する。
Note that the region between the
スペーサー膜は、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、またはこれらの積層膜を用いる。不純物元素の注入時には、リソグラフィー法等によりマスクを予め形成することで、不純物元素を領域毎に分けてもよい。図25では、区別せずに第二不純物拡散層260として図示する。
As the spacer film, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof is used. When the impurity element is implanted, the impurity element may be divided into regions by forming a mask in advance by a lithography method or the like. In FIG. 25, the second
そして、図26に示すように、ストッパー膜280を形成する。ストッパー膜280は、例えばシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、又はこれらの積層膜を用いる。
Then, as shown in FIG. 26, a
そして、図27に示すように、第一層間絶縁膜290を成膜し、必要に応じてCMPにより平坦化を行う。第一層間絶縁膜290には、例えばシリコン酸化膜を用いる。
Then, as shown in FIG. 27, a first
そして、図28に示すように、第一層間絶縁膜290上にリソグラフィー法により、レジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクにして、ストッパー膜280に到達するように、第一層間絶縁膜290をRIEによりエッチング加工する。この加工により、ソース線コンタクト用トレンチ300、ビット線コンタクト用ホール310が形成される。なお、同時に低電圧ト及び高電圧トランジスタのソース領域及びドレイン領域に対するコンタクトホール(図示せず)を形成しても良い。
Then, as shown in FIG. 28, a resist pattern is formed on the first
ソース線コンタクト用トレンチは、図4で説明したように、ロウ方向にライン状に形成される。それに対し、ビット線コンタクトCBはビット線毎に、例えば楕円状に形成される。すなわち、ソース線コンタクト用トレンチ300は、ビット線コンタクト用ホール310よりも、基板上から見た平面視において面積が大きい。
As described with reference to FIG. 4, the source line contact trench is formed in a line shape in the row direction. On the other hand, the bit line contact CB is formed in an elliptical shape for each bit line, for example. That is, the source
ここで、微細なホールやトレンチのパターンのRIEにおいて、開口部の面積が広い領域は狭い領域よりもエッチング速度が速くなる。これは、例えば、面積が広い領域では、RIEにおけるエッチャントがホール又はトレンチの底まで到達しやすく、他方、狭い領域ではエッチャントがホール又はトレンチの底まで到達しにくいことで説明される。 Here, in the RIE of the fine hole or trench pattern, the etching rate is higher in the region where the area of the opening is large than in the narrow region. This can be explained, for example, by the fact that the etchant in RIE easily reaches the bottom of the hole or trench in the region having a large area, while the etchant hardly reaches the bottom of the hole or trench in the narrow region.
したがって、ソース線コンタクト用トレンチ300とビット線コンタクト用ホール310を同時にエッチング加工した場合、ソース線コンタクト用トレンチ300のほうがエッチング速度が速くなる。 本実施形態では、ソース線側選択トランジスタSS間の半導体基板100には、凹部105による段差が形成される。すなわち、ソース線コンタクト用トレンチ300が形成される領域の半導体基板100は、ビット線コンタクト用ホール310が形成される領域の半導体基板100よりも低く設けられる。つまり、ソース線コンタクト用トレンチ300形成の被エッチング膜の方が、ビット線コンタクト用ホール310よりも厚くなる。
Therefore, when the source
この凹部105の段差により、ソース線コンタクト用トレンチのエッチング速度が速いにも関わらず、ビット線コンタクト用ホール310及びソース線コンタクト用トレンチ300のどちらも第一層間絶縁膜290を同じ程度(ストッパー膜280に到達する)まで加工することが可能となる。
Due to the level difference of the
仮に、凹部105が設けられていない場合は、ビット線コンタクト用ホール310がストッパー膜280に到達するようにエッチングすると、ソース線コンタクト用トレンチ300はストッパー膜280を貫通し、半導体基板100の第二不純物拡散層260を貫通する可能性がある。第二不純物拡散層260を貫通した場合には、ジャンクションリーク電流が増加し、リーク電流が増大する可能性がある。
If the
なお、図25のスペーサー270の形成で説明したように、ビット線側選択トランジスタSB(1)のスペーサー270とビット線側選択トランジスタSB(2)との間の半導体基板100はエッチング加工されている。したがって、ビット線コンタクトCBは、セルトランジスタが形成される領域の半導体基板100よりも低い位置に、底部が接して設けられる。
25, the
その後、図29に示すように、第一層間絶縁膜290上にマスクパターンを形成し、RIEにより、第一層間絶縁膜290をエッチング加工する。この加工により、第一配線用トレンチ320と第一配線ホール325が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 29, a mask pattern is formed on the first
そして、図30に示すように、下層コンタクト材料を成膜し、CMPにより平坦化しつつ、不要なコンタクト材料を除去する。これにより、ビット線コンタクトCB及びソース線コンタクトSLC、第一配線335、第一配線コンタクト333が形成される。下層コンタクト材料は、例えば、金属膜とバリアメタル層を含む。金属膜はタングステン、銅、アルミニウムなどを用いる。バリアメタル層は、例えばチタン、タンタル、窒化チタン、窒化タンタル、又はこれらの積層を用いる。
Then, as shown in FIG. 30, a lower layer contact material is formed, and unnecessary contact material is removed while planarizing by CMP. Thereby, the bit line contact CB, the source line contact SLC, the
そして、図31に示すように、第二層間絶縁膜340を形成する。第二層間絶縁膜340上にマスクパターンを形成し、RIEによりエッチング加工し、上層コンタクトホールを形成する。そして、上層コンタクト材料を成膜し、CMPにより不要な上層コンタクト材料を除去し、上層コンタクト350を形成する。
Then, as shown in FIG. 31, a second
以降は、一般的な製造方法を用いて、各種配線層や回路素子を形成する。このようにして、本実施形態の半導体記憶装置が製造される。 Thereafter, various wiring layers and circuit elements are formed using a general manufacturing method. In this way, the semiconductor memory device of this embodiment is manufactured.
本実施形態の半導体記憶装置によれば、図5に示したように、ソース線側選択トランジスタSS(1)及びSS(2)が形成されている領域の一部、及びソース線側選択トランジスタSS(1)とソース線側選択トランジスタSS(2)の間の領域において、半導体基板100には凹部105が設けられる。
According to the semiconductor memory device of this embodiment, as shown in FIG. 5, a part of the region where the source line side select transistors SS (1) and SS (2) are formed, and the source line side select transistor SS. In the region between (1) and the source line side select transistor SS (2), a
半導体基板100に凹部105が設けられることにより、ソース線側選択トランジスタSSは、ゲート電極、ゲート絶縁膜及びチャネル領域は屈曲して形成される。つまり、ゲート電極が平坦なトランジスタを形成する場合に比べ、チャネル長の長いトランジスタを形成することができる。すなわち、チャネル長が長く、より制御性が良い選択トランジスタを形成することが可能である。
By providing the
また、製造方法で前述したように、ソース線コンタクトSLC及びビット線コンタクトCBを同時に不具合を抑制しつつ加工することがである。 Further, as described above in the manufacturing method, the source line contact SLC and the bit line contact CB can be processed while simultaneously suppressing the problem.
図28に図示されるように、半導体基板100に凹部105が設けられているため、ソース線コンタクト用トレンチ300下の半導体基板100は、ビット線コンタクト用ホール310より低く設けられる。したがって、ソース線コンタクト用トレンチ300のほうが、ビット線コンタクト用ホール310よりも面積が大きく、また、エッチング速度が速くても、ストッパー膜280でビット線コンタクト用ホール310とソース線コンタクト用トレンチ300のどちらも加工を止めることが可能となる。
As shown in FIG. 28, since the
仮に、凹部105が設けられていない場合は、ソース線コンタクト用トレンチ300のオーバーエッチングが生じ、ソース線コンタクトSLCと第二不純物拡散層260との間でジャンクションリークが増大する懸念がある。
If the
さらに、本実施形態によれば、新たな工程追加をすることなく、凹部105を形成可能である。
Furthermore, according to the present embodiment, the
図8に示すように、低電圧及び高電圧トランジスタ領域の半導体基板100は、エッチングにより、低くする方が望ましい。これは、例えば、図17に示した素子分離領域STI形成時のCMPにおいて、素子分離膜200の残りが発生するなどの問題を回避するため、セルアレイカバー膜190及び周辺カバー膜150の半導体基板からの高さを揃えた方がよいためである。そのため、各領域に形成する膜厚に応じて、事前に低電圧及び高電圧トランジスタ領域の半導体基板100を低く形成する必要がある。
As shown in FIG. 8, it is desirable to lower the
この、低電圧及び高電圧トランジスタを形成する領域の半導体基板100のエッチングと同時に、図8のように半導体基板100をエッチングし、凹部105を形成することが可能である。これにより、新たな工程追加をすることなく凹部105の形成が可能である。なお、凹部105の形成を別工程として行ったとしても構わない。
Simultaneously with the etching of the
以下、変形例を説明する。なお、図32乃至図34の図面において、図(a)は図4のA−A’ 線に沿う(カラム方向)断面、図(b)は周辺回路部の低電圧トランジスタの断面、図(c)は周辺回路部の高電圧トランジスタの断面を、それぞれ示す。また、図32乃至図34面は、説明の便宜上図5と縦横比が異なる。 Hereinafter, modified examples will be described. 32A to 34B, FIG. 4A is a cross section taken along the line AA ′ in FIG. 4 (column direction), FIG. 4B is a cross section of the low voltage transistor in the peripheral circuit portion, and FIG. ) Shows a cross section of the high voltage transistor in the peripheral circuit section. 32 to 34 are different in aspect ratio from FIG. 5 for convenience of explanation.
一つ目の変形例として、図32に示すように、凹部105を形成するエッチングと、図7の高電圧トランジスタ領域の半導体基板100のエッチングを同時に行う場合を示す。
As a first modification, as shown in FIG. 32, a case where etching for forming the
この場合は、凹部105に対して、メモリセル領域、低電圧及び高電圧トランジスタ領域の半導体基板100を同時に加工するエッチング加工はしてもしなくても良い。エッチング加工しなかった場合を図33に示し、エッチング加工した場合を図34に示す。
In this case, the
エッチング加工した場合は、図34に示すように、凹部105をより深く形成可能である。ソース線コンタクトトレンチのエッチング速度がビット線コンタクトホールより、より速い場合に有用である。又は、ソース線側選択トランジスタの制御性をさらに向上することも可能である。
When etching is performed, the
二つ目の変形例を説明する。本実施形態は、周辺回路に低電圧トランジスタと高電圧トランジスタを備える場合を説明した。しかし、どちらか一種類のトランジスタを備える場合でも構わない。この場合は、メモリセル領域に対し、トランジスタを形成する領域の半導体基板100を低くするエッチングと同時に、凹部105の形成を行えばよい。
A second modification will be described. In the present embodiment, the case where the peripheral circuit includes the low voltage transistor and the high voltage transistor has been described. However, it does not matter if either one of the transistors is provided. In this case, the
三つ目の変形例を説明する。半導体基板100に係る凹部105は、ソース線側選択トランジスタSS間とソース線側選択トランジスタSSのゲート電極の下方の一部の領域に限られない。
A third modification will be described. The
ビット線コンタクト用ホールとソース線コンタクト用トレンチを同時に容易に形成可能なためには、凹部105がソース線コンタクト用トレンチの下側部において形成されていれば足りる。すなわち、ソース線側選択トランジスタSS間、又はソース線コンタクト用トレンチと半導体基板100の接触面のみに、凹部105が形成されていても構わない。
In order to easily form the bit line contact hole and the source line contact trench at the same time, it is sufficient that the
逆に、凹部105は広げることも可能である。この場合は、ダミーメモリセルトランジスタのゲート電極下の領域には重ならないほうが望ましい。セルトランジスタの特性がばらつく等の悪影響が懸念されるためである。
Conversely, the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、そのほかの様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とのその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope equivalent to the invention described in the claims.
5 … 半導体記憶装置
7 … 周辺回路
10 … メモリセルアレイ
15 … ワード線ドライバ
20 … センスアンプ回路
25 … カラムデコーダ
30 … 入出力制御回路
35 … データ入出力バッファ
40 … アドレスデコーダ
45 … コントローラ
50 … 制御電圧発生回路
55 … パラメータ記憶部
100 … 半導体基板
105 … 凹部
110 … 犠牲酸化膜
120 … 第一ゲート絶縁膜
130 … 第二ゲート絶縁膜
140 … 周辺ゲート電極膜
150 … 周辺カバー膜
160 … 第一メモリゲート絶縁膜
170 … 電荷蓄積膜
180 … 第二メモリゲート絶縁膜
190 … セルアレイカバー膜
200 … 素子分離膜
210 … 導電膜
220 … カバー膜
230 … 第一不純物拡散層
240 … 絶縁膜
260 … 第二不純物拡散層
270 … スペーサー
280 … ストッパー膜
290 … 第一層間絶縁膜
300 … ソース線コンタクト用トレンチ
310 … ビット線コンタクト用ホール
320 … 第一配線用トレンチ
340 … 第二層間絶縁膜
350 … 上層コンタクト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 5 ...
Claims (9)
前記半導体基板の上方に形成され、直列に接続した複数の第一セルトランジスタと、
前記半導体基板の上方に形成され、直列に接続した複数の第二セルトランジスタと、
前記半導体基板の上方に形成され、直列に接続した複数の第三セルトランジスタと、
前記第一セルトランジスタと前記第二セルトランジスタの間に形成された2つのソース線側選択トランジスタと、
前記第一セルトランジスタと前記第三セルトランジスタの間に形成された2つのビット線側選択トランジスタと、
前記2つのソース線側選択トランジスタの間に形成され、前記凹部領域の前記半導体基板に、底部が接して設けられたソース線コンタクトと、
前記2つのビット線側選択トランジスタの間に形成され、前記ソース線コンタクトの底部よりも高い位置の前記半導体基板に、底部が接して設けられたビット線コンタクトと、を有する半導体記憶装置。 A semiconductor substrate having a recessed region formed recessed on the surface lower than the periphery;
A plurality of first cell transistors formed above the semiconductor substrate and connected in series;
A plurality of second cell transistors formed above the semiconductor substrate and connected in series;
A plurality of third cell transistors formed above the semiconductor substrate and connected in series;
Two source line side select transistors formed between the first cell transistor and the second cell transistor;
Two bit line side select transistors formed between the first cell transistor and the third cell transistor;
A source line contact formed between the two source line side select transistors and provided in contact with a bottom of the semiconductor substrate in the recess region;
And a bit line contact formed between the two bit line side select transistors and provided in contact with the semiconductor substrate at a position higher than the bottom of the source line contact.
前記第一領域は前記第二領域より深く設けられ、
前記ソース線コンタクトは、前記第一領域の前記半導体基板に、底部が接して設けられる、
請求項1〜3何れか一項記載の半導体記憶装置。 The recessed area has a first area and a second area,
The first region is provided deeper than the second region,
The source line contact is provided with a bottom portion in contact with the semiconductor substrate of the first region.
The semiconductor memory device according to claim 1.
前記第一領域は、前記サイドウォールの間に設けられる、
請求項4記載の半導体記憶装置。 Each of the two source side selection transistors includes a sidewall,
The first region is provided between the sidewalls,
The semiconductor memory device according to claim 4.
前記半導体基板の上方に、隣接した複数の第一セルトランジスタゲート電極と、隣接した複数の第二セルトランジスタゲート電極と、隣接した複数の第三セルトランジスタゲート電極を形成し、
前記第一セルトランジスタゲート電極と前記第二セルトランジスタゲート電極の間に配置された2つのソース線側選択トランジスタゲート電極と、前記第一セルトランジスタゲート電極と前記第三セルトランジスタゲート電極の間に配置された2つのビット線側選択トランジスタゲート電極とを形成し、
前記2つのソース線側選択トランジスタゲート電極の間に配置されたソース線コンタクト用トレンチと、前記2つのビット線側選択トランジスタゲート電極の間に配置されたビット線コンタクト用ホールを形成する、
半導体記憶装置の製造方法であって、
前記複数の第一セルトランジスタゲート電極と、前記複数の第二セルトランジスタゲート電極は、前記凹部領域を挟んで形成され、
前記2つのソース線側選択トランジスタゲート電極は前記凹部領域を挟んで形成され、
前記ソース線コンタクト用トレンチは、前記凹部領域上に形成され、
前記ビット線コンタクト用ホールは、前記ソース線コンタクト用トレンチの底部よりも高い位置に形成される、
半導体記憶装置の製造方法。 Forming a recessed region formed on the surface lower than the surroundings above the semiconductor substrate,
Forming a plurality of adjacent first cell transistor gate electrodes, a plurality of adjacent second cell transistor gate electrodes, and a plurality of adjacent third cell transistor gate electrodes above the semiconductor substrate;
Two source line side select transistor gate electrodes disposed between the first cell transistor gate electrode and the second cell transistor gate electrode, and between the first cell transistor gate electrode and the third cell transistor gate electrode Forming two arranged bit line side select transistor gate electrodes;
Forming a source line contact trench disposed between the two source line side select transistor gate electrodes and a bit line contact hole disposed between the two bit line side select transistor gate electrodes;
A method for manufacturing a semiconductor memory device, comprising:
The plurality of first cell transistor gate electrodes and the plurality of second cell transistor gate electrodes are formed across the recessed region,
The two source line side select transistor gate electrodes are formed across the recessed region,
The source line contact trench is formed on the recessed region,
The bit line contact hole is formed at a position higher than the bottom of the source line contact trench.
Manufacturing method of semiconductor memory device.
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